CN1821519A - 带狗骨式阻尼器的张弦梁结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种带狗骨式阻尼器的张弦梁结构，张弦梁包括水平拉杆间连接的狗骨式阻尼器、上弦、预应力索、上弦与索中间的竖向撑杆、连接上弦与撑杆的铰接装置，连接撑杆与索的连接装置、撑杆间连接的索压杆、索压杆间连接的水平拉杆、铰支座和滑动支座，本发明保证了索体内部受力均匀，结构体系受力分布更均匀；与狗骨式阻尼器连接的水平拉杆不但保证了索在张拉过程中撑杆竖直向下的位置，而且保证了结构成型后在活荷载作用下撑杆不会摆动，避免了施工张拉前需预留索球沿索长方向偏移量的问题。其结构节点简单，材料用量经济，受力明确，施工方便。
Description
所属领域：本发明公开一种带有可调整竖向撑杆垂直精度装置(狗骨式阻尼器)的张弦梁结构。
背景技术：张弦结构是在双层悬索体系中的索桁架基础上，将上弦索替换成刚性构件而产生的。张弦梁[9]在保证充分发挥索的抗拉性能的同时，由于引进了具有抗压和抗弯能力的梁或桁架而使体系的刚度和稳定性大为增加。因为张弦梁体系是由梁和悬索通过撑杆的连接而优化组合得到的复合结构体系[3]]-[4]，其工作机理是在下弦拉索中施加预应力，使上弦压弯梁产生反拱，结构在荷载作用下最终挠度得以减小，而撑杆对上弦梁提供弹性支撑，所以撑杆是保证结构效能的重要构件，它与索和梁的连接方式是决定体系受力合理性的重要条件之一。目前撑杆与索的连接方式有：(1)耳板铰接连接；(2)套管滑动连接；(3)滑轮滑动连接；(4)穿心式索球连接[4]-[9]。其中穿心式索球连接方式是在实际工程中应用最多的，如上海浦东机场航站楼、广州国际会议展览中心、哈尔滨国际会议中心等工程。耳板铰接连接采用U形接头与撑杆耳板螺栓连接。施工过程中采用张拉工装对钢索进行分批张拉，在张拉过程中套筒的调整必须同步跟进，边张拉边上紧套筒。由于采用此连接方式，撑杆与上弦梁所采用的铰接装置连接方式会导致张拉过程中撑杆在跨内方向摆动，为了保证撑杆的竖向精度，必须对索力进行调整，这将导致每跨索力不等，而且索力值在调整后很难确定。套管滑动连接采用在张拉施工过程中允许钢索在圆管或撑杆端部留有的索通道内部滑动的连接方式。采用此连接方式，撑杆与上弦梁应采用刚性连接方式，不允许撑杆在跨内摆动，这会导致撑杆与上弦梁的连接处应力过大，存在局部失稳的可能性，而且索与管壁的摩擦力导致索体受力不均。滑轮滑动连接采用滑轮滑动装置连接索与撑杆，张拉施工过程中允许索在滑轮处滑移。采用这种连接方式，消除了索与撑杆间的摩擦力，索体内受力更加均匀，但是撑杆与上弦梁的连接方式仍要采用刚性连接，这会导致撑杆与上弦梁的连接处应力过大，存在局部失稳的可能性。穿心式索球采用两个半球，球中心留有一通径的索通道，施工穿索后将两个半球用螺栓紧紧相连，将索卡紧，保证索球与索共同工作，即索球与索之间在任何工况下不产生相对位移。由于采用此连接方式的撑杆与上弦梁必须采用铰接装置连接，因此，张拉钢索过程中必然会使撑杆在跨内方向朝索张力值大的方向摆动，如果撑杆在结构成型后偏移竖向位置，那么这对结构内部的稳定性将有较大的影响，因此为了保证其撑杆的竖向精度，张拉施工前必须将撑杆偏移竖向位置一段距离，即预先设置偏移量，但偏移量的大小是理论计算的结果，很难保证施工完毕后撑杆是竖直向下的。
发明内容：为了克服下弦索在张拉及荷载施加过程中，撑杆竖向垂直精度难以控制的问题，本发明提供一种具有可调节撑杆竖向精度装置带狗骨式阻尼器的张弦梁结构。本发明的技术方案是：张弦梁包括水平拉杆间连接的狗骨式阻尼器、上弦、预应力索、上弦与索中间的竖向撑杆、连接上弦与撑杆的铰接装置，连接撑杆与索的连接装置、撑杆间连接的索压杆、索压杆间连接的水平拉杆、铰支座和滑动支座，上弦为一箱型拱梁，上弦为压弯构件，预应力索为受拉构件，中间撑杆为钢压杆，上弦与中间撑杆通过铰接装置连接，预应力索与中间撑杆通过索球连接装置连接，索压杆为钢压杆，索压杆与撑杆焊接连接，水平拉杆为钢拉杆，水平拉杆与索压杆铰接连接，狗骨式阻尼器为双向可调节式弹簧、橡胶阻尼系统，狗骨式阻尼器与水平拉杆铰接连接，铰支座和滑动支座与上弦梁焊接连接。狗骨式阻尼器是一带弹簧和橡胶垫的双向可调节式阻尼系统，它的拉、压刚度能保证撑杆始终处于竖直状态，即阻尼器中橡胶与管壁之间的最大静摩擦力应大于或等于索球与索之间的最大静摩擦力。在研发过程中，首先确定索球未锁紧时，球与带有护套的索之间的摩擦系数，阻尼器中橡胶与管壁的最大静摩擦力不仅保证索在球内先于阻尼器变形，同时当撑杆由于上弦结点在索力作用下产生水平位移时橡胶能够滑动，由此能够确定最大静摩擦力的上限值。弹簧作用是提供一种恢复力。构造措施上，阻尼器外管是由16Mn实心圆钢套孔制成，橡胶通过压力机给定恒值(滑动摩擦力值)积压到外管内。狗骨式阻尼器的工作机理：在索张拉施工前可以调节狗骨式阻尼器的正反牙套筒，使撑杆垂直于地面。在索张拉施工过程中，由于本工程允许索在索球中滑动，因此，索与索球间必将产生摩擦力作用，因为撑杆与上弦梁采用铰接连接方式，此节点不能传递水平向力，所以，摩擦力通过水平拉杆直接传递给狗骨式阻尼器。如果克服此摩擦力的作用，撑杆的竖向位置就可以保持不变，因此采用了狗骨式阻尼器的橡胶块与管壁的摩擦力克服索与索球间的摩擦力的设计思想，保证了撑杆的平面位置；另外，在张拉过程中，由于两端支座向跨中移动，导致内部撑杆间距变小，这种运动不应被狗骨式阻尼器所阻碍，因此设计时使橡胶块与管壁的摩擦力刚好克服索与索球间的摩擦力，为了防止橡胶块克服管壁的最大静摩擦力后的瞬间滑移所带来的狗骨式阻尼器失效问题的发生，在橡胶块两侧加装了弹簧缓冲系统。本发明装置在一个双索35.6m跨活动中心项目中得到应用，这种上弦梁为倒置船型拱线，是两个半径的慢弧相切得到，加上下弦双索(双索平面构成鱼腹线)就是一条空中倒置的船，达到结构与建筑效果的统一。本发明除解决撑杆水平偏移外，还根据建筑效果要求对张弦结构的外形及其它构造有所改进。
本发明为一种带有狗骨式阻尼器的张弦梁结构，它包括水平拉杆间连接的狗骨式阻尼器、上弦刚性构件、预应力索、上弦与索中间的竖向撑杆、连接上弦与撑杆的铰接装置、连接撑杆与索的连接装置、撑杆间连接的索压杆、索压杆间连接的水平拉杆、铰支座和滑动支座，狗骨式阻尼器为双向可调节式弹簧阻尼系统，狗骨式阻尼器与水平拉杆铰接。上弦为一箱型拱梁，上弦为压弯构件，预应力索为受拉构件，中间撑杆为钢压杆，上弦与中间撑杆通过铰接装置连接，预应力索和中间撑杆通过连接装置连接，索压杆为钢压杆，索压杆与撑杆焊接连接，水平拉杆为钢拉杆，水平拉杆与索压杆铰接连接，本发明提供了一种新型张弦梁结构，其突出优点是保证其撑杆的竖向精度。
发明效果：
1、本发明狗骨式阻尼器既可以在张拉施工过程中调节撑杆竖向精度，又可以在屋面恒荷载作用下很好地转移水平拉杆的拉力到索体上，能够充分发挥高强钢索的抗拉性能。
2、本发明所述的与狗骨式阻尼器连接的水平拉杆不但保证了索在张拉过程中撑杆竖直向下的位置，而且保证了结构成型后在随机荷载作用下撑杆不会摆动；避免了施工张拉前需预留索球沿索长方向偏移量的问题。
3、本发明允许张拉施工过程中索体在索球中滑动，保证了索体内部受力均匀，结构体系受力分布更均匀。
4、本发明节点简单，材料用量经济，受力明确，施工方便。
5、狗骨式阻尼器在张拉结束、恒荷载全部施加到结构上、索球锁紧后，可以拆除，重复使用。
附图说明
图1是本发明张弦梁结构示意图。
图2是水平拉杆与阻尼器铰接俯视构造图。
图3是水平拉杆与阻尼器铰接剖面构造图。
图4是铰接装置侧视构造图。
图5是铰接装置剖面构造图。
图6是连接装置侧视构造图。
图7是连接装置剖面构造图。
图8是索压杆与水平拉杆铰接俯视构造图。
图9是索压杆与水平拉杆铰接剖面构造图。
图10是支座侧视构造图。
图11是支座剖面构造图。
图12是铰接支座俯视构造图。
图13是滑动支座俯视构造图。
图中1.张弦梁上弦，2.张弦梁撑杆，3.索压杆，4.索，5.水平拉杆，6.铰接装置耳板I，7.铰接装置耳板II，8.高强螺栓，9.加劲板，10.封板，11.过渡板.12.锥头，13.球耳，14.索球，15.索球螺栓，16.水平拉杆耳板，17.梨形耳板，18.水平拉杆高强螺栓，19.水平拉杆封板，20.狗骨式连接板，21.阻尼器封板I，22.阻尼器外管，23.阻尼器封板II，24.限位板，25.弹簧，26.阻尼器内螺母，27.橡胶垫，28.正牙螺杆，29.正反牙套筒，30.反牙螺杆，31.过渡管，32.支座耳板I，33.支座耳板II，34.支座高强螺栓。35.支座加劲肋板，36.支座底板，37.铰支座，38.滑动支座。
实施例
如图1所示，本发明包括水平拉杆5间连接的狗骨式阻尼器39、上弦1、预应力索4、上弦1与索4中间的竖向撑杆2、连接上弦1与撑杆2的铰接装置，连接撑杆2与索4的连接装置、撑杆2间连接的索压杆3、索压杆3间连接的水平拉杆5、铰支座37和滑动支座38，狗骨式阻尼器39为双向可调节式弹簧阻尼系统，狗骨式阻尼器39与水平拉杆5铰接连接，上弦1为一箱型拱梁，上弦1为压弯构件，预应力索4为受拉构件，中间撑杆2为钢压杆，上弦1与中间撑杆2通过铰接装置连接，预应力索4和中间撑杆2通过连接装置连接，索压杆3为钢压杆，索压杆3与撑杆2焊接连接，水平拉杆5为钢拉杆，水平拉杆5与索压杆3铰接连接，铰支座37和滑动支座38与上弦梁1焊接连接。如图2、图3所示，梨形耳板17焊接于水平拉杆封板19上，并夹住狗骨式连接板20，水平拉杆高强螺栓18穿过耳板17和连接板20，狗骨式连接板20焊接于阻尼器封板I 21上，阻尼器外管22一端焊接于阻尼器封板I 21上，另一端焊接于阻尼器封板II 23上，阻尼器外管22内弹簧25焊接于阻尼器内螺母26上，阻尼器内螺母26拧于正牙螺杆28上，橡胶垫27被正牙螺杆28穿过，并被阻尼器内螺母26夹住，正反牙套筒29拧于正牙螺杆28和反牙螺杆30上，阻尼器内螺母26焊接于反牙螺杆30上，并焊接于阻尼器封板II 23上，过渡管31一端焊接于阻尼器封板II 23上，另一端焊接于阻尼器封板I 21上，狗骨式连接板20焊接于阻尼器封板I 21上，梨形耳板17焊接于水平拉杆封板19上，并夹住狗骨式连接板20，水平拉杆高强螺栓18穿过耳板17和连接板20，如图4、图5所示，铰接装置包括带通孔的耳板6、带通孔的耳板7、高强螺栓8、加劲板9和封板10，耳板6焊接于上弦1下，加劲板焊接于耳板6中间，耳板7焊接于封板10上，并夹住耳板6，封板10焊接于撑杆2上，高强螺栓8穿过耳板6和耳板7，如图6、图7所示，连接装置包括过渡板11、锥头12、球耳13、索球14、索球螺栓15，过渡板11焊接与撑杆2上，锥头12焊接于过渡板11上，球耳13置于锥头12内，索球14与球耳13焊接，索球14通过索球螺栓15连接成整体，压杆3焊接于中间撑杆2上，如图8、图9所示，带通孔的水平拉杆耳板16焊接于索压杆3上，梨形耳板17焊接于水平拉杆封板19上，并夹住水平拉杆耳板16，水平拉杆高强螺栓18穿过耳板16和耳板17，水平拉杆封板19焊接于水平拉杆5上，如图10、图11、图12所示，铰支座37包括带通孔的耳板32、耳板33、支座高强螺栓34、支座加劲肋板35和支座底板36，耳板32焊接于上弦1下，耳板33焊接于支座底板36上，并夹住上弦1下耳板32，支座高强螺栓34穿过三片耳板33和两片耳板32，支座底板36有四个圆形螺栓孔，如图10、图11、图13所示，滑动支座38包括带通孔的耳板32、耳板33、支座高强螺栓34、支座加劲肋板35和支座底板36，耳板32焊接于上弦1下，耳板33焊接于支座底板36上，并夹住上弦1下耳板32，支座高强螺栓34穿过三片耳板33和两片耳板32，支座底板36有四个滑槽螺栓孔。
本发明狗骨式阻尼器、连接装置和铰接装置均可在工厂批量加工制作，现场组装简单，成本低，而且施工简便，施工成本较低。滑动支座既可水平运动，又可在平面内转动，实现了张弦梁结构较好地抵抗地震作用的性能，且本支座装置所有部件均可在工厂加工制作，现场拼装，施工效率高。
上弦1为钢板焊接的箱型构件，中间撑杆2为钢管，索压杆3为钢管。
预应力索4为高强度钢绞线或钢缆，其为张拉的预应力构件。
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Claims (3)
1、一种带狗骨式阻尼器的张弦梁结构，其特征是：张弦梁包括水平拉杆(5)间连接的狗骨式阻尼器(39)、上弦(1)、预应力索(4)、上弦(1)与索(4)中间的竖向撑杆(2)、连接上弦(1)与撑杆(2)的铰接装置，连接撑杆(2)与索(4)的连接装置、撑杆(2)间连接的索压杆(3)、索压杆(3)间连接的水平拉杆(5)、铰支座(37)和滑动支座(38)，上弦(1)为一箱型拱梁，上弦(1)为压弯构件，预应力索(4)为受拉构件，中间撑杆(2)为钢压杆，上弦(1)与中间撑杆(2)通过铰接装置连接，预应力索(4)与中间撑杆(2)通过索球连接装置连接，索压杆(3)为钢压杆，索压杆(3)与撑杆(2)焊接连接，水平拉杆(5)为钢拉杆，水平拉杆(5)与索压杆(3)铰接连接，狗骨式阻尼器(39)为双向可调节式弹簧、橡胶阻尼系统，狗骨式阻尼器(39)与水平拉杆(5)铰接连接，铰支座(37)和滑动支座(38)与上弦梁(1)焊接连接。
2、根据权利要求1所述的一种带狗骨式阻尼器的张弦梁结构，其特征是：梨形耳板(17)焊接于水平拉杆封板(19)上，并夹住狗骨式连接板(20)，水平拉杆高强螺栓(18)穿过耳板(17)和狗骨式连接板(20)，狗骨式连接板(20)焊接于阻尼器封板I(21)上，阻尼器外管(22)一端焊接于阻尼器封板I(21)上，另一端焊接于阻尼器封板II(23)上，阻尼器外管(22)内弹簧(25)焊接于阻尼器内螺母(26)上，阻尼器内螺母(26)拧于正牙螺杆(28)上，橡胶(27)被正牙螺杆(28)穿过，并被阻尼器内螺母(26)夹住，正反牙套筒(29)拧于正牙螺杆(28)和反牙螺杆(30)上，阻尼器内螺母(26)焊接于反牙螺杆(30)上，并焊接于阻尼器封板II(23)上，过渡管(31)一端焊接于阻尼器封板II(23)上，另一端焊接于阻尼器封板I(21)上，狗骨式连接板(20)焊接于阻尼器封板I(21)上，梨形耳板(17)焊接于水平拉杆封板(19)上，并夹住狗骨式连接板(20)，水平拉杆高强螺栓(18)穿过耳板(1)7和连接板(20)。
3、根据权利要求1或2所述的一种带狗骨式阻尼器的张弦梁结构，其特征是：铰接装置包括带通孔的耳板(6)、带通孔的耳板(7)、高强螺栓(8)、加劲板(9)和封板(10)，耳板(6)焊接于上弦(1)下，加劲板焊接于耳板(6)中间，耳板(7)焊接于封板(10)上，并夹住耳板(6)，封板(10)焊接于撑杆(2)上，高强螺检(8)穿过耳板(6)和耳板(7)，连接装置包括过渡板(11)、锥头(12)、球耳(13)、索球(14)、索球螺栓(15)，过渡板(11)焊接与撑杆(2)上，锥头(12)焊接于过渡板(11)上，球耳(13)置于锥头(12)内，索球(14)与球耳(13)焊接，索球(14)通过索球螺栓(15)连接成整体，压杆(3)焊接于中间撑杆(2)上，带通孔的水平拉杆耳板(16)焊接于索压杆(3)上，梨形耳板(17)焊接于水平拉杆封板(19)上，并夹住水平拉杆耳板(16)，水平拉杆高强螺栓(18)穿过耳板(16)和耳板(17)，水平拉杆封板(19)焊接于水平拉杆(5)上，铰支座(37)包括带通孔的耳板(32)、耳板(33)、支座高强螺栓(34)、支座加劲肋板(35)和支座底板(36)，耳板(32)焊接于上弦(1)下，耳板(33)焊接于支座底板(36)上，并夹住上弦(1)下耳板(32)，支座高强螺栓(34)穿过三片耳板(33)和两片耳板(32)，支座底板(36)有四个圆形螺栓孔，滑动支座(38)包括带通孔的耳板(32)、耳板(33)、支座高强螺栓(34)、支座加劲肋板(35)和支座底板(36)，耳板(32)焊接于上弦(1)下，耳板(33)焊接于支座底板(36)上，并夹住上弦(1)下耳板(32)，支座高强螺栓(34)穿过三片耳板(33)和两片耳板(32)，支座底板(36)有四个滑槽螺栓孔，上弦(1)为钢板焊接的箱型构件，中间撑杆(2)为钢管，索压杆(3)为钢管，预应力索(4)为高强度钢绞线或钢缆，其为张拉的预应力构件。
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